JP2005276856A - Area sensor and image scanner using it - Google Patents
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Abstract
Description
この発明はエリアセンサおよびこれを用いた画像読取装置に関し、より特定的には、複数の光電変換領域でそれぞれ波長の異なる光を電気信号に変換するエリアセンサおよびこれを用いた画像読取装置に関する。 The present invention relates to an area sensor and an image reading apparatus using the area sensor, and more specifically to an area sensor that converts light having different wavelengths into electric signals in a plurality of photoelectric conversion regions and an image reading apparatus using the area sensor.
一般に、写真用フィルム等の被露光媒体に形成された画像を読み取る画像読取装置には、イメージセンサとして被露光媒体を経由した光をデータとして検出(取得)するCCD(Charge Coupled Device)センサ等が用いられることが知られている。CCDセンサでは、受光面に多数配列されるフォトダイオード(Photo Diode)等の光電変換素子が被露光媒体を経由した光をそれぞれ信号電荷として蓄積することによって、被露光媒体に形成された画像をデータとして取得する。 In general, an image reading apparatus that reads an image formed on an exposed medium such as a photographic film includes a CCD (Charge Coupled Device) sensor that detects (acquires) light passing through the exposed medium as data as an image sensor. It is known to be used. In a CCD sensor, photoelectric conversion elements such as photodiodes arranged on a light receiving surface accumulate light that has passed through the exposed medium as signal charges, so that an image formed on the exposed medium is data. Get as.
近年、画像読取装置の小型化および読み取り画像の高解像度化への要望に伴って、CCDセンサの小型化および高画素化が進み、たとえば、7.25mm×5.44mmのチップに500万個程度のフォトダイオードを配置した(1/1.8インチサイズ、500万画素)のエリアCCDセンサ等が市場に流通している。
このように小型化および高画素化が進むCCDセンサでは、微小なフォトダイオードが受光面に隙間なく配置されるので、各フォトダイオードの受光量(電荷蓄積量)が小さくなりひいてはCCDセンサの感度が低下してしまう。その結果、CCDセンサのS(Signal)/N(Noise)比の悪化やCCDセンサが取得可能な光の濃度範囲(ダイナミックレンジ)の縮小といった問題が生じる。
In recent years, along with the demand for downsizing of image reading devices and higher resolution of read images, CCD sensors have been downsized and the number of pixels has increased. For example, about 5 million chips on a 7.25 mm × 5.44 mm chip. (11.8 inch size, 5 million pixels) area CCD sensors and the like are placed on the market.
In such a CCD sensor that is becoming smaller and higher in pixel count, minute photodiodes are arranged without gaps on the light receiving surface, so that the received light amount (charge accumulation amount) of each photodiode is reduced, and the sensitivity of the CCD sensor is increased. It will decline. As a result, problems such as deterioration of the S (Signal) / N (Noise) ratio of the CCD sensor and reduction of the light density range (dynamic range) that can be obtained by the CCD sensor occur.
この種の問題を解決するために、たとえば特許文献1には、受光面をR光、G光、B光に対応する光電変換領域に分割し、各光電変換領域内の複数の画素列において同一の像(光)を多重読み出しするエリアCCDセンサおよびこれを用いた画像読取装置が開示されている。特許文献1の技術によれば、多重読み出しによって電荷量ひいては出力信号を増加させ、被露光媒体に形成される画像をS/N比に優れた画像データとして読み取ることができる。しかし、多重読み出しを行ってもエリアCCDセンサのダイナミックレンジを有効に拡大させることは困難であり、被露光媒体に形成される画像の濃度範囲ひいては被露光媒体を経由した光の濃度範囲がエリアCCDセンサのダイナミックレンジよりも広い場合、白つぶれや黒つぶれが起こってしまう。 In order to solve this type of problem, for example, in Patent Document 1, the light receiving surface is divided into photoelectric conversion regions corresponding to R light, G light, and B light, and the same in a plurality of pixel columns in each photoelectric conversion region. An area CCD sensor that reads out multiple images (light) and an image reading apparatus using the same are disclosed. According to the technique of Patent Document 1, it is possible to read the image formed on the medium to be exposed as image data having an excellent S / N ratio by increasing the amount of charge and thus the output signal by multiple readout. However, it is difficult to effectively expand the dynamic range of the area CCD sensor even if multiple readout is performed, and the density range of the image formed on the exposed medium and the density range of light passing through the exposed medium is therefore the area CCD. If it is wider than the dynamic range of the sensor, white and black may occur.
被露光媒体を経由した光の濃度範囲全域に対応することを目的とした技術として、たとえば特許文献2には、被露光媒体を経由した光を分割し2つのラインCCDセンサにそれぞれ異なる露光条件(光量)で同一の像を与えることで被露光媒体を経由した光に対する各ラインCCDセンサの飽和レベルひいてはダイナミックレンジを異ならせる技術が開示されている。また、特許文献2には、受光面をR光、G光、B光に対応する光電変換領域に分割し、各光電変換領域の複数の画素列が被露光媒体を経由した光に対して異なる飽和レベルを有するエリアCCDセンサについても開示されている。
しかし、特許文献2の技術では、各ラインCCDセンサに異なる露光条件で光を与えるためのハーフミラーなどの別部材が必要となる。また、特許文献2に開示されるエリアCCDセンサでは、各光電変換領域の複数の画素列において被露光媒体を経由した光に対する飽和レベルをどのようにして異ならせるのか明確に開示されていない。
それゆえに、この発明の主たる目的は、与えられる光の濃度範囲全域に簡単な構成で対応することができる、エリアセンサおよび画像読取装置を提供することである。
However, the technique of Patent Document 2 requires another member such as a half mirror for giving light to each line CCD sensor under different exposure conditions. Further, in the area CCD sensor disclosed in Patent Document 2, it is not clearly disclosed how to make the saturation level for light passing through the exposed medium different in a plurality of pixel columns in each photoelectric conversion region.
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, a main object of the present invention is to provide an area sensor and an image reading apparatus that can cope with the entire density range of light applied with a simple configuration.
上述の目的を達成するために、請求項1に記載のエリアセンサは、光電変換素子を所定の方向に多数配列した画素列が所定の方向と直交する方向に多数配列される受光面、少なくとも赤色光と緑色光と青色光とを電気信号として取得するためにそれぞれ複数の画素列を含むように受光面を分割して設けられる複数の光電変換領域、および複数の光電変換領域にそれぞれ設けられ所定の波長の光を透過させるフィルタを備えるエリアセンサであって、赤色光と緑色光と青色光とに対応する各光電変換領域にはフィルタの透過率の異なる複数の領域が各光電変換領域を所定の方向に分割して設けられることを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, the area sensor according to claim 1 is a light-receiving surface in which a large number of pixel rows in which a large number of photoelectric conversion elements are arrayed in a predetermined direction are arrayed in a direction orthogonal to the predetermined direction, at least red In order to acquire light, green light, and blue light as electrical signals, a plurality of photoelectric conversion regions provided by dividing a light receiving surface so as to include a plurality of pixel columns, respectively, and a plurality of photoelectric conversion regions provided respectively Area sensor including a filter that transmits light having a wavelength of red, green light, and blue light, each photoelectric conversion region corresponding to red light, green light, and blue light includes a plurality of regions having different filter transmittances. It is characterized by being divided and provided in the direction.
請求項2に記載の画像読取装置は、請求項1に記載のエリアセンサを用いたことを特徴とする。 An image reading apparatus according to a second aspect uses the area sensor according to the first aspect.
請求項1に記載のエリアセンサでは、赤色光と緑色光と青色光とに対応する各光電変換領域には各フィルタの透過率の異なる複数の領域が各光電変換領域を所定の方向に分割するように設けられる。したがって、各光電変換領域に与えられる光に対する当該複数の領域の飽和レベルはそれぞれ異なり、各光電変換領域が当該複数の領域毎に複数のダイナミックレンジを有することとなり、各光電変換領域は与えられる光の濃度範囲全域に簡単な構成で対応することができる。 In the area sensor according to claim 1, in each photoelectric conversion region corresponding to red light, green light, and blue light, a plurality of regions having different transmittances of each filter divide each photoelectric conversion region in a predetermined direction. It is provided as follows. Therefore, the saturation levels of the plurality of regions with respect to the light applied to each photoelectric conversion region are different from each other, and each photoelectric conversion region has a plurality of dynamic ranges for each of the plurality of regions. It is possible to deal with the entire density range with a simple configuration.
請求項2に記載の画像読取装置では、請求項1に記載のエリアセンサを用いることによって被露光媒体に形成される画像の濃度範囲と同様の濃度範囲で画像を取得することができる。 In the image reading apparatus according to the second aspect, by using the area sensor according to the first aspect, an image can be acquired in a density range similar to the density range of the image formed on the exposed medium.
この発明によれば、与えられる光の濃度範囲全域に簡単な構成で対応することができる。 According to the present invention, it is possible to cope with the entire density range of light to be provided with a simple configuration.
以下、図面を参照して、この発明を被露光媒体の一例である写真用のフィルムFから画像を読み取るためのフィルムスキャナ10に適用した場合について説明する。
図1および図2を参照して、フィルムスキャナ10は、画像(コマ画像)が形成されたフィルムFに光を与える光源部12、フィルムFを搬送するフィルムキャリア14、フィルムFを透過した光を結像するレンズ16、およびフィルムFに形成されたコマ画像の像を電気信号(データ)に変換するCCDユニット18を含む。
Hereinafter, a case where the present invention is applied to a
1 and 2, a
光源部12は、図示しないLED(Light Emitting Diode)等の発光体を含み、フィルムキャリア14(図2においては省略する)上を搬送されるフィルムFに光を与える。
The
なお、光源装置12に用いられる発光体はLEDに限定されず、ハロゲンランプやキセノンランプ等であってもよい。
The light emitter used in the
フィルムキャリア14上には、コマ画像が形成されたフィルムFが配置される。フィルムキャリア14は、図示しないローラ等の搬送手段によってフィルムFを矢印A方向(副走査方向)に一定速度で搬送する。
フィルムキャリア14の下方には、フィルムFを透過した光を結像するためのレンズ16が配置される。フィルムキャリア14上を搬送されるフィルムFを透過した光は、レンズ16によってコマ画像の像(光)としてCCDユニット18のエリアCCDセンサ20に与えられる。
A film F on which a frame image is formed is disposed on the
Below the
なお、レンズ16として単焦点レンズあるいはズームレンズのいずれを用いてもよい。
Note that either a single focus lens or a zoom lens may be used as the
CCDユニット18は、光をアナログデータに変換するためのエリアCCDセンサ20とエリアCCDセンサ20の光電変換領域22,24,26,28毎にそれぞれ設けられるA/D変換器30,32,34,36とを含む。
The
エリアCCDセンサ20には、受光面を4つに分割して矢印A方向に並ぶように光電変換領域22,24,26,28が設けられる。光電変換領域22,24,26,28は、レンズ16によって与えられるコマ画像の像のうちそれぞれ赤色(R)光、緑色(G)光、青色(B)光、赤外線(IR)をアナログデータに変換する。
The
詳しくは図3を参照して、光電変換領域22,24,26,28には、画素列38(破線で示す)が矢印A方向に多数配列される。画素列38は、光電変換素子である図示しないフォトダイオードを矢印B方向(主走査方向)に多数配列することで構成される。
画素列38は光電変換領域22,24,26,28につきたとえば500列程度配列され、フォトダイオードは画素列38につきたとえば2500個程度配列される。つまり、光電変換領域22,24,26,28にはそれぞれ125万個程度のフォトダイオードが配列され、エリアCCDセンサ20は約500万画素の画素数を有する。
Specifically, referring to FIG. 3, in the
For example, about 500
なお、エリアCCDセンサ20の画素数は特に限定されず、任意の画素数のエリアCCDセンサ20を用いることができる。
The number of pixels of the
また、図3においては光電変換領域22,24,26,28が等しい面積となるよう受光面が分割されているが、エリアCCDセンサ20上に与えられる像のR光、G光、B光の波長分布特性に応じて光電変換領域22,24,26の面積の比率が異なるように受光面を分割してもよい。
In FIG. 3, the light receiving surface is divided so that the
光電変換領域22,24,26,28の各画素列38を構成する多数のフォトダイオードには、それぞれR光、G光、B光、IRを透過させるフィルタ(オンチップフィルタ)が設けられる。光電変換領域22,24,26,28の各画素列38を構成する多数のフォトダイオードは、与えられるR光、G光、B光、IRをそれぞれ信号電荷に変換して蓄積する。
Filters (on-chip filters) that transmit R light, G light, B light, and IR are provided in a large number of photodiodes constituting each
なお、光電変換領域22,24,26,28に設けられるフィルタは、各フォトダイオードに設けられるオンチップフィルタに限定されず、板状のフィルタを光電変換領域22,24,26,28にそれぞれ貼り付けるようにしてもよい。
Note that the filters provided in the
光電変換領域22,24,26においては、画素列38を構成するフォトダイオードのオンチップフィルタの透過率が高い高濃度受光部22a,24a,26aと画素列38を構成するフォトダイオードのオンチップフィルタの透過率が低い低濃度受光部22b,24b,26bとがそれぞれ矢印A方向の略中央(細線で示す)を境にして設けられる。
In the
光電変換領域22,24,26に与えられる像の光量に対して高濃度受光部22a,24a,26aと低濃度受光部22b,24b,26bとでは、各フォトダイオードへの入射光量がそれぞれ異なる。これに伴って、図4に示すように、光電変換領域22,24,26に与えられる像の光量に対する高濃度受光部22a,24a,26aの飽和レベルと低濃度受光部22b,24b,26bの飽和レベルとはそれぞれ異なり、高濃度受光部22a,24a,26aと低濃度受光部22b,24b,26bとはそれぞれ異なるダイナミックレンジDL1,DL2を有することとなる。高濃度受光部22a,24a,26aと低濃度受光部22b,24b,26bとがそれぞれ異なるダイナミックレンジDL1,DL2を有することで光電変換領域22,24,26はダイナミックレンジDLを有することとなる。
The light intensity incident on each photodiode differs between the high-density light-receiving
光電変換領域22,24,26は、フィルタの透過率が異なる高濃度受光部22a,24a,26aと低濃度受光部22b,24b,26bとが設けられるという簡単な構成でダイナミックレンジが拡大され、それぞれ与えられるR光、G光、B光の濃度範囲全域に対応することができる。
The
なお、高濃度受光部22a,24a,26aと低濃度受光部22b,24b,26bとは、各フォトダイオードのノイズレベルひいては高濃度受光部22a,24a,26aおよび低濃度受光部22b,24b,26bのノイズレベルを考慮してダイナミックレンジDL1とDL2とが重複しないように設けられる。
The high concentration
図3に戻って、高濃度受光部22a,24a,26aと低濃度受光部22b,24b,26bと光電変換領域28とには、それぞれ矢印A方向の最後の画素列38と隣接するように水平転送レジスタ(一点鎖線で示し、以下HCCDという)40が設けられる。各HCCD40には、それぞれ、高濃度受光部22a,24a,26a、低濃度受光部22b,24b,26b、および光電変換領域28の各画素列38を構成する各フォトダイオードに蓄積された信号電荷を読み出す図示しない垂直転送レジスタ(以下VCCDという)から信号電荷が順次転送される。
Returning to FIG. 3, the high-density
エリアCCDセンサ20はフィルムFの搬送に同期した所定のタイミングで動作する。高濃度受光部22a,24a,26a、低濃度受光部22b,24b,26b、および光電変換領域28の各画素列38は、フィルムFの搬送に伴って移り変わる像を繰り返し矢印B方向に走査することでそれぞれ1つのコマ画像の像全体を信号電荷に変換する(光電変換する)。つまり、高濃度受光部22a,24a,26a、低濃度受光部22b,24b,26b、および光電変換領域28の各画素列38において同一の像が光電変換されVCCDに読み出される(多重読み出しされる)こととなる。
The
各画素列38の1走査あたりに蓄積された信号電荷は、VCCDに読み出され、順次HCCD40に転送される。光電変換領域22,24,26の高濃度受光部22a,24a,26aと低濃度受光部22b,24b,26bとの各HCCD40に転送された信号電荷は、光電変換領域22,24,26にそれぞれ接続されるA/D変換器30,32,34にアナログデータとして出力される。同様に、光電変換領域28のHCCD40に転送された信号電荷は、光電変換領域28に接続されるA/D変換器36にアナログデータとして出力される。
The signal charge accumulated per scan of each
なお、エリアCCDセンサ20として、インターライントランスファ型またはフレームトランスファ型のいずれの電荷転送方式のエリアCCDセンサ20を用いてもよい。
As the
図1に戻って、A/D変換器30,32,34,36は、それぞれ入力されたアナログデータを順次デジタルデータに変換し、画像処理部42に出力する。
画像処理部42は、入力されたデジタルデータをメモリ42aに保持し、入力されたデジタルデータに各種画像処理を施す。
Returning to FIG. 1, the A /
The
画像処理部42は、メモリ42a内で高濃度受光部22a,24a,26aと低濃度受光部22b,24b,26bとの各画素列38によって光電変換された同一の像(線状の像)に基づくデジタルデータを順次合成し、これによって得られた複数のデジタルデータを1つのコマ画像に対応するようにさらに合成し、コマ画像データとして制御部44に出力する。
The
同様に画像処理部42は、メモリ42a内で光電変換領域28の各画素列38によって光電変換された同一の像に基づくデジタルデータを順次合成し、これによって得られた複数のデジタルデータを1つのコマ画像に対応するようにさらに合成し、傷検出用コマ画像データとして制御部44に出力する。
Similarly, the
なお、画像処理部42において行われるデジタルデータの合成は、最終的にコマ画像データおよび傷検出用コマ画像データを得ることができれば、どのように行ってもよい。たとえば1つの画素列38によって光電変換された多数の像に基づくデジタルデータを1つのコマ画像に対応するデジタルデータとして合成し、これを全ての画素列38に対応して行った後に、1つのコマ画像に対応する多数のデジタルデータを合成するようにしてもよい。
The digital data synthesis performed in the
制御部44は、各種プログラムや制御用データ等を記憶する図示しないハードディスクドライブ(HDD:ハードディスクを含む)を含み、画像処理部42から入力されるコマ画像データをHDDに記録する。制御部44のHDDに記録されたコマ画像データは、たとえば、図示しないプリント装置に入力され、印画紙等にコマ画像データに基づく画像がプリントされる。
The
また、制御部44にはCRT等の表示部46が接続され、画像処理部42から制御部44に入力されるコマ画像データおよび傷検出用コマ画像データは、制御部44を介して表示部46に表示される。
In addition, a
一般に、フィルムスキャナ10ではプレスキャン(事前読み取り)を行い、プレスキャンによって得られた画像の品質を判定した後に本スキャン(本画像読み取り)が行われる。傷検出用コマ画像データはプレスキャンを行った際に表示部46に表示される。本スキャンを行う際には、エリアCCDセンサ20の光電変換領域28を動作させないようにしてもよい。
In general, the
さらに、制御部44にはキーボードやマウス等の入力部48が接続され、入力部48から種々の設定やデータ入力等が行われる。制御部44は、入力部48から入力される情報やフィルムスキャナ10の各構成要素から入力される情報に基づき、フィルムスキャナ10の動作を制御する。具体的にこの実施形態では、フィルムスキャナ14によるフィルムFの搬送速度、エリアCCDセンサ20の動作タイミング、および画像処理部42の画像合成処理動作等が制御部44によって制御される。
Further, an
このようなフィルムスキャナ10によれば、フィルムFのコマ画像の濃度範囲全域に対応するように与えられるR光、G光、B光に対して広いダイナミックレンジを有するエリアCCDセンサ20を用い、コマ画像の濃度範囲と同様の濃度範囲のコマ画像データを取得することができる。
According to such a
なお、上述の実施形態では光電変換領域22,24,26にそれぞれ高濃度受光部22a,24a,26aと低濃度受光部22b,24b,26bとが設けられる場合について説明したが、光電変換領域22,24,26を3つ以上の領域に分割するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the case where the high-concentration light-receiving
また、上述の実施形態ではエリアCCDセンサ20をフィルムスキャナ10に適用した場合について説明したが、エリアCCDセンサ20をたとえばデジタルカメラやデジタルビデオカメラに適用することもできる。
In the above-described embodiment, the case where the
10 フィルムスキャナ
12 光源部
14 フィルムキャリア
16 レンズ
18 CCDユニット
20 エリアCCDセンサ
22,24,26,28 光電変換領域
22a,24a,26a 高濃度受光部
22b,24b,26b 低濃度受光部
DESCRIPTION OF
Claims (2)
少なくとも赤色光と緑色光と青色光とを電気信号として取得するためにそれぞれ複数の画素列を含むように前記受光面を分割して設けられる複数の光電変換領域、および
前記複数の光電変換領域にそれぞれ設けられ所定の波長の光を透過させるフィルタを備えるエリアセンサであって、
赤色光と緑色光と青色光とに対応する各光電変換領域にはフィルタの透過率の異なる複数の領域が前記各光電変換領域を前記所定の方向に分割して設けられる、エリアセンサ。 A light-receiving surface in which a large number of pixel arrays in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a predetermined direction are arranged in a direction perpendicular to the predetermined direction;
A plurality of photoelectric conversion regions provided by dividing the light receiving surface so as to include a plurality of pixel columns in order to obtain at least red light, green light, and blue light as electric signals; and the plurality of photoelectric conversion regions Each of the area sensors includes a filter that is provided and transmits light of a predetermined wavelength.
An area sensor, wherein each photoelectric conversion region corresponding to red light, green light, and blue light is provided with a plurality of regions having different filter transmittances by dividing each photoelectric conversion region in the predetermined direction.
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